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Composites Research(구 한국복합재료학회지) update

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수록정보
수록범위 : 1권1호(1988)~33권2호(2020) |수록논문 수 : 1,519
Composites Research(구 한국복합재료학회지)
33권2호(2020년 04월) 수록논문
최근 권호 논문
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KCI등재

1반응액상성형에서 ε-카프로락탐의 음이온 중합에 따른 점도 거동 평가

저자 : 이재효 ( Jae Hyo Lee ) , 강승인 ( Seung In Kang ) , 김상우 ( Sang Woo Kim ) , 이진우 ( Jin Woo Yi ) , 성동기 ( Dong Gi Seong )

발행기관 : 한국복합재료학회 간행물 : Composites Research(구 한국복합재료학회지) 33권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 39-43 (5 pages)

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최근 내화학성, 내마모성 및 내충격성이 뛰어나면서 재활용이 가능한 열가소성 폴리아미드 기반 복합재료를 제조하는 기술을 개발하기 위한 연구가 활발하다. 특히, 열가소성 고분자는 높은 점도로 용융 상태에서의 가공이 힘들기 때문에 저점도 단량체 상태로 금형 내부로 주입하면서 동시에 중합을 시키는 반응액상성형 공정이 큰 주목을 받고 있다. 그러나 단량체인 ε-카프로락탐은 중합속도가 매우 빠르고 외부 환경에 매우 민감하기 때문에 수지 함침과 중합 반응을 동시에 제어하면서 최적 공정조건을 확보하는 데 많은 어려움을 겪고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 ε-카프로락탐의 음이온 중합과정에서 주요한 공정 변수인 점도 변화 거동을 관찰하였고 ε-카프로락탐의 빠른 중합, 낮은 점도, 수분 민감성에 따른 측정상의 문제 원인을 분석하여 개선책을 제시하였다. 개선된 점도 측정 방법에 대한 재현성과 신뢰성은 여러 상대습도에 대한 점도 측정 그리고 외부 환경(수분, 산소)과 차단된 상황에서의 중합과 개선된 점도 측정 결과와의 비교를 바탕으로 검증하였으며, 이는 복합재료 반응액상성형 공정의 제어 인자로 활용함으로써 공정 최적화에 도움이 될 것으로 기대된다.


Recently, fabrication process of thermoplastic polyamide-based composites with recyclability as well as impact, chemical, and abrasion resistance have been widely studied. In particular, thermoplastic reactive resin transfer molding (TRTM) in which monomer with low viscosity is injected and in-situ polymerized inside mold has received a great attention, because thermoplastic melts are hard to impregnate fiber preform due to their very high viscosity. However, it is difficult to optimize the processing conditions because of high reactivity and sensitivity to external environments of the used monomer, ε-caprolactam. In this study, viscosity as an important process parameter in TRTM was measured during in-situ anionic polymerization of ε-caprolactam and the solutions for problems caused by high polymerization rate and sensitivity to moisture and oxygen were suggested. Reliability of the improved measurement technique was verified by comparing the viscosity behavior at various environmental conditions including humidity and atmosphere, and it is expected to be helpful for optimization of TRTM process.

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2시차주사열량계를 이용한 진공백 성형 프리프레그의 경화 거동 연구

저자 : 현동근 ( Dong Keun Hyun ) , 이병언 ( Byoung Eon Lee ) , 신도훈 ( Do Hoon Shin ) , 김지훈 ( Ji Hoon Kim )

발행기관 : 한국복합재료학회 간행물 : Composites Research(구 한국복합재료학회지) 33권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 44-49 (6 pages)

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본 연구에서는 시차주사 열량계(differential scanning calorimetry, DSC)를 이용하여 진공백 성형 공정에 사용되는 탄소 섬유 프리프레그의 경화 거동을 연구하였다. 프리프레그를 이용한 동적주사 시험을 통해 전체 발열량(ΔHtotal = 537.1 J/g)을 측정하였고, 130oC~180oC에서 등온주사 시험을 실시하였다. 등온주사 시험의 결과는 온도가 올라감에 따라 발열 반응이 증가되는 것을 확인하였다. 시험 결과를 토대로 수지의 경화 거동을 분석하기 위하여 Kratz 모델을 적용하였다. 서로 다른 경화 사이클로 제작된 평판의 경화도를 경화 예측 모델과 실험값을 비교하였다. 경화 예측 모델은 실험값 대비 3.4% 이하의 오차율을 보여 결과가 잘 부합하는 것을 확인하였다.


The cure kinetics of carbon fiber-reinforced prepreg for Vacuum Bag Only(VBO) process was studied by differential scanning calorimetry (DSC). The total heat of reaction (ΔHtotal = 537.1 J/g) was defined by the dynamic scanning test using prepregs and isothermal scanning tests were performed at 130oC~180oC. The test results of isothermal scanning were observed that the heat of reaction was increased as the temperature elevated. The Kratz model was applied to analyze the cure kinetics of resin based on the test results. To verify the simulation model, the degree of cure from panels using different cure cycles were compared with the measurement. The simulation model showed that the error against the experimental value was less than 3.4%.

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3폴리우레탄 기반 복합 섬유의 기계적, 전기적 특성

저자 : 장호영 ( Hoyoung Jang ) , 이현종 ( Hyeon-jong Lee ) , 석지원 ( Ji Won Suk )

발행기관 : 한국복합재료학회 간행물 : Composites Research(구 한국복합재료학회지) 33권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 50-54 (5 pages)

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소프트 로봇 및 웨어러블 소자는 대변형 및 큰 유연성을 요구한다. 이에 따라, 소프트 로봇 또는 웨어러블 소자에 부착하여 사용할 수 있는 신축성 스트레인 센서의 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 폴리우레탄과 은나노꽃입자를 혼합하여 신축성과 전기전도성을 갖는 복합 섬유를 제조하였다. 이러한 복합 섬유는 스트레인에 따라 섬유의 저항이 변하게 되어 신축성 스트레인 센서로 가능성이 높다. 복합 섬유를 신축성 스트레인 센서로 활용하기 위해서, 복합 섬유의 기계적, 전기적 특성을 측정, 분석하였다.


Soft robotics and wearable devices require large motions and flexibility. In this regard, there is a demand for developing stretchable strain sensors which can be attached to the soft robots and wearable devices. In this work, we fabricated stretchable and electrically conductive composite fibers by combining polyurethane (PU) and silver nanoflowers (AgNFs). The PU/AgNF composite fibers showed the change of the resistance as a function of the applied strain, demonstrating the potential for stretchable strain sensors in soft robotics and wearable devices. The mechanical and electrical characteristics of the composite fibers were measured and analyzed to use the composite fibers for stretchable strain sensors.

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4Nano 및 Micro 크기의 Fe3O4 분말이 첨가된 열경화성 에폭시 접착제의 유도가열 및 접착 특성

저자 : 황지원 ( Ji-won Hwang ) , 임태규 ( Tae-gyu Im ) , 최승용 ( Seung-yong Choi ) , 이남규 ( Nam-kyu Lee ) , 손민영 ( Min-young Shon )

발행기관 : 한국복합재료학회 간행물 : Composites Research(구 한국복합재료학회지) 33권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 55-60 (6 pages)

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구조용 일액형 에폭시 접착제에 나노 및 마이크로 크기의 Fe3O4 분말을 첨가하여 유도가열용 접착제를 제조하였고, 제조된 접착제를 이용하여 GFRP 피착재의 두께 및 Fe3O4 분말의 첨가량 변화에 따른 가열 성능을 평가하였다. 실험 결과, 접착제의 승온 거동이 유도 가열로 가열한 경우 오븐경화에 비해 GFRP 피착재의 두께에 영향을 작게 받는 것이 관찰되었으며 접착제 내의 Fe3O4 분말의 함량이 증가할수록 가열 속도와 전단 강도가 증가하는 경향을 나타냈다.


A study on the heating behavior and adhesion property of structural epoxy adhesive through induction heating have been conducted. An adhesive for induction heating was manufactured through mixing with nano and micro sized Fe3O4. From the results, it was observed that induction heating is less affected by adherend (GFRP) thickness than oven heating. The heating rate of Fe3O4 embedded epoxy adhesive using induction heating much higher than that of oven curing process and it is more appreciable when the contents of Fe3O4 increased. Furthermore, adhesion strength increased with increase of Fe3O4 particle contents.

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5카본 패브릭을 이용한 프리폼 성형에 대한 수치모사

저자 : 박은민 ( Eun-min Park ) , 이순영 ( Soon-young Lee ) , 최경환 ( Kyung-hwan Choi ) , 김선경 ( Sun Kyoung Kim )

발행기관 : 한국복합재료학회 간행물 : Composites Research(구 한국복합재료학회지) 33권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 61-67 (7 pages)

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프리폼 성형은 섬유 직조물을 이용한 RTM 성형에 있어서 매우 중요한 부분을 차지하고 있다. 탄소 섬유 직조물의 프리폼의 변형은 소재의 강도에 영향을 미치며, 그 중 전단 잠김 각도를 넘어서는 힘이 작용하게 되면 제품에 주름이 발생되어 RTM공정 시 불량발생의 원인이 된다. 그러므로 본 연구에서는 탄소섬유직조물의 전단 변형 허용치를 정량화하고 실제 직조물의 성형과 수치모사를 이용하여 성형 특성을 검증하고자 한다. 그 결과 섬유 방향의 설정에 따른 주름의 특성을 확인하고 그 결과를 평가하였다. 앞에 언급한 물성 측정 결과들을 이용하여 수치해석을 수행하였고, 이 결과를 실험 결과와 비교 분석하였다.


Preforming is crucial in resin transfer molding process using woven fabric. When shear deformation exceeds the locking angle, wrinkles are generated in the preform, which causes defects in the RTM process. Therefore, in this study, the allowable shear deformation limit of carbon fiber woven fabrics is quantified and the molding characteristics are verified using the actual fabric forming. As a result, the characteristics of creases according to the layer setups have been examined and the results have been discussed. Numerical analyses have been also performed using measured shear properties. These results have been compared with the experimental results.

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6TiO2 혼입 시멘트 복합체의 물리·화학적 특성 및 광촉매 반응을 이용한 오염물 제거 성능에 대한 개요

저자 : 서준호 ( J. H. Seo ) , 윤현노 ( H. N. Yoon ) , 김선혁 ( S. H. Kim ) , 배상진 ( S. J. Bae ) , 장대익 ( D. I. Jang ) , 길태건 ( T. G. Kil ) , 박솔뫼 ( S. M. Park ) , 이행기 ( H. K. Lee )

발행기관 : 한국복합재료학회 간행물 : Composites Research(구 한국복합재료학회지) 33권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 68-75 (8 pages)

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최근 우수한 내구성과 높은 광촉매반응 효율로 인해 TiO2의 활용이 다각적으로 검토되고 있다. 특히 대기 중 오염물질을 제거하기 위해 시멘트계 물질에 TiO2를 혼입하는 연구가 활발히 진행되고 있다. TiO2를 혼입한 시멘트계 물질은 타일, 블록, 구조체의 형태로 터널, 중앙분리대 및 방음벽 등 도로부속물로의 잠재적 활용이 검토되어지고 있다. 따라서 TiO2혼입에 따른 시멘트계 물질의 특성변화에 대한 철저한 이해가 선행되어야 할 것이다. 본 개요 논문에서는 TiO2를 혼입한 시멘트계 물질의 다양한 물리·화학적 특징과 대기 오염물 제거 성능에 대한 선행연구를 소개하고자 한다.


Recently, the use of TiO2 as a phtocatalyst has been diversely investigated due to its excellent durability performance and high photocatalytic reaction efficiency. Active researches have particularly focused on the development of TiO2-incorporated cementitious composites in order to remove the atmospheric pollutants. Furthermore, the potential utilization of TiO2-incorporated cementitious composites as road accessories such as tunnels, road median separators and soundproof walls in the form of tiles, blocks and structural components has been widely examined. In this regard, a thorough understanding on the material characteristics of TiO2-incorporated cementitious composites should be preceded. The present overview article, therefore, revisits previous studies of TiO2- incorporated cementitious composites and summarizes their various physicochemical properties and atmospheric pollutants removal performance.

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7진공백 핫 프레스 성형공정을 이용한 탄소섬유 복합재료의 제조와 공정비교

저자 : 허원욱 ( Won-wook Heo ) , 전길우 ( Gil Woo Jeon ) , 안승국 ( Seung Kook An )

발행기관 : 한국복합재료학회 간행물 : Composites Research(구 한국복합재료학회지) 33권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 76-80 (5 pages)

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본 연구에서는 우수한 물성과 표면품질을 가지는 오토클레이브 성형공법의 비효율적인 공정을 개선하여 탈 오토클레이브(Out-of-autoclave, 이하 OOA) 공정으로써 활용이 가능한 진공백 핫 프레스 공정(Vacuum bag hotpress, 이하 V-HP)을 이용하여 탄소섬유 복합재료를 제작하고 오토클레이브(Autoclave, 이하 AC) 공정과 핫 프레스공정(Hot-press, 이하 HP)으로 제작된 복합재료간 물성 및 미세구조를 분석하였으며, OOA공정으로의 가능성을 확인하였다. V-HP공정을 사용한 복합재료의 인장강도는 320.6MPa로써, AC공정을 이용한 복합재료의 인장강도 335.3 MPa에 상당히 근접한 물성을 보이는 것을 확인하였다. SEM을 이용한 복합재료 표면품질을 확인한 결과 VHP공정의 경우, 수지내 휘발용매로 인한 기공의 제거상태가 AC공정과 비교하여 다소 낮으나 HP공정과 비교하여 상당히 우수한 표면을 가지는 것을 확인할 수 있었다.


In this study, vacuum bag hot-press (V-HP) process can be used as an out-of-autoclave (OOA) process by improving the inefficient process of the autoclave forming method with excellent physical properties and surface quality. A carbon fiber composite was molded via V-HP process and analyzed the physical properties and microstructures between composites manufactured by autoclave (AC) process and hot-press process (HP). The tensile strength of the composite materials using the V-HP process was 320.6 MPa and the AC process samples found to be substantially close to the tensile strength of 335.3 MPa. As a result of confirming the surface quality of the composite material using SEM, it was confirmed that in the V-HP process, the removal state of pores due to volatile solvent in the resin was slightly lower than that of the AC process, but it had a considerably superior surface compared to the HP process.

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8평균장 균질화를 이용한 입자 강화 복합재의 유효 물성치 예측 연구 동향

저자 : 이상륜 ( Sangryun Lee ) , 유승화 ( Seunghwa Ryu )

발행기관 : 한국복합재료학회 간행물 : Composites Research(구 한국복합재료학회지) 33권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 81-89 (9 pages)

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본 리뷰 논문에서는 최근에 연구된 평균장 균질화법을 이용한 다양한 물성치 예측 연구의 동향에 대해 소개한다. 유효 강성 예측에 사용되는 기존의 균질화법을 소개하고 이를 확장하여 유효 열/전기 전도성 및 유전 상수를 예측하는 방법을 소개한다. 압전 및 열전과 같이 2개의 물리현상이 중첩된 다중 물리 현상의 구성방정식은 훅 법칙과 같이 단순한 선형 형태로 변환하여 복합재의 유효 물성치를 예측하는 연구를 소개하고 마지막으로 복합 재료의 유효 물성치를 예측하기 위한 일반화된 식을 제시하고 유한 요소 해석과 비교한 검증/연구를 소개한다.


In this review paper, we introduce recent research studied effective physical properties of the reinforced composite using mean-field homogenization. We address homogenization for effective stiffness and expand it to effective thermal/electrical conductivity and dielectric constant. Multiphysics problems like piezoelectricity and thermoelectricity are considered by simplifying the constitutive equation into the linear equations like Hooke's law. We present a generalized theoretical formula for predicting effective physical properties of composite and validation by against finite element analysis.

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1연안해역에서 석유오염물질의 세균학적 분해에 관한 연구

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